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철계 초전도체의 전자 짝짓기 메커니즘

전문가 제언: ○ 2008년 일본에서 발견된 철을 기반으로 하는 철계 초전도체는 초전도연구에 새로운 활기를 불어 넣었다. 초전도 임계온도(Tc)가 구리산화물 고온초전도체 다음으로 높아서 55K에 도달하였으며 더 올라갈 가능성이 충분하다. 특히 철계 초전도체는 구성성분을 다른 원소로 치환하면 많은 수의 새로운 물질을 합성할 수 있는 것도 장점이다.

○ 철(Fe)과 같은 강자성체는 오랫동안 초전도성과 거리가 먼 물질이었다. 약간의 강자성체가 포함되어도 금속의 초전도성이 사라지므로 기피대상이었다. 철계 화합물이 초전도체로 되면서 초전도메커니즘에 대한 생각이 많이 바뀌었다.

○ 이 논문에서는 초전도성 발현의 가장 기본적인 특성인 전자 짝짓기(paring) 메커니즘을 논의한다. 구리산화물 고온초전도체와 철계 초전도체의 유사성과 차이점을 이제까지 알려진 실험결과를 토대로 비교하였다. 아직은 잘 모르겠다는 것이 결론이라고 할 수 있다.

○ 철계와 구리산화물은 대다수가 복잡한 화합물이다. 하지만 철계는 FeTe와 같이 간단한 예도 있어 이론연구에 구리산화물 보다 훨씬 유리하다. 또한 압력과 같은 물리적인 변수를 통해 Tc를 변화시킬 수 있는 것도 장점이다. 따라서 철계 초전도체의 연구를 통해 고온초전도체의 기본 메커니즘을 규명하려는 시도가 활발하다.

○ 많은 초전도 이론은 1950년대에 발표된 BCS(Bardeen-Cooper-Schrieffer)이론을 시발점으로 한다. 20세기 응집물질물리학에서 가장 우아한 이론의 하나로 칭송받는 BCS 이론이다. 하지만 BCS이론에서 나온 결과 중에는 Tc가 30K를 넘을 수 없다는 것도 있어 오랫동안 고온초전도체 발견에 장애가 되기도 하였다. 사고의 전환이 필요할 수도 있다.

○ 국내의 철계 초전도연구는 실험보다 이론이 활발한 편이다. 철계 연구를 통해 고온초전도체의 기본 메커니즘을 규명할 수 있으면 노벨상 급의 업적이 될 수 있다. 국내 학자들의 활약을 기대한다.

저자: Fa Wang and Dung-Hai Lee
자료유형: 학술정보